Практическая реализация энергосистем фотоэлектрического преобразования концентрированного солнечного излучения связана с решением сложных инженерных задач по созданию и организации производства оптико-концентрирующих систем, опорно-поворотных конструкций со следящим электроприводом и т. д. Поэтому несмотря на то, что общее производство СЭС в мире превышает 30 МВт пиковой мощности в год, до настоящего времени коммерческие электростанции с концентраторами не получили широкого распространения
Основными конструктивными элементами СЭС без концентраторов являются плоские неподвижные фотоэлектрические панели, ориентируемые на юг под углом к горизонту, равным широте местности. Пиковая мощность одной панели составляет 10—40 Вт, напряжение 12 В, к.п.д. 8—10%. Недостатком плоских панелей является деградация мощности из-за осаждения пыли и необходимость герметизации.
Высокую надежность и длительный ресурс работы имеет солнечная энергетическая установка, в которой ФП помещены в восстановительную среду и заключены в прозрачные герметичные цилиндрические оболочки из стекла. Стеклянные цилиндрические поверхности обладают свойством самоочищения от пыли и грязи, а защитная среда внутри оболочки увеличивает срок службы ФП [11,19].
В СССР разработаны и проходят ресурсно-исследовательские испытания более 200 СЭС мощностью до 1 кВт на основе фотоэлектрических модулей в газонаполненных стеклянных защитных оболочках. Статическая обработка результатов испытаний за 12-летний период показала, что скорость деградации тока короткого замыкания составила в среднем 0,8% в год, в том числе в первые три года 1,4% в год, далее 0,7% в год, за последние три года признаки деградации отсутствуют. Перепад температур между ФП в стеклянной оболочке и воздухом составляет ΔT=0,7+15,5 Е0 (где Е0=0,3—1,0 кВт/м2).
Для температуры воздуха 20° С, скорости ветра 1 м/с и энергетической освещенности 1 кВт/м2 перепад температур составил 15,3+2,1° С, что практически совпадает с Δ7' для открытых освещаемых ФП= 15,3+3,1 ° С.
Таблица 3.3. Содержание в земной коре, мировое производство и стоимость некоторых материалов, применяемых при изготовлении СЭС |15|
Рис. 3.12. Солнечная фотоэлектрическая станция для подъема воды. Электрическая мощность 250 Вт производительность при глубине колодца 10 м равна 1 м3/ч, максимальная глубина колодца 50 м
Рис. 3.13. Комбинированная фотоэлектрическая станция для получения электрической и тепловой энергии. Электрическая мощность 1 кВт, тепловая мощность 10 кВт, апертура концентратора 2Х12 м
На рисунках 3.12 и 3.13 показаны солнечные фотоэлектрические станции для подъема воды и снабжения зданий электрической и тепловой энергией.
Фотоэлектрический метод не имеет принципиальных ограничений по снижению стоимости: с 1958 г., когда первые солнечные батареи были установлены на спутниках Земли, стоимость ФП снизилась в 100 раз [14, 20, 21]. Современная стоимость ФП составляет 10—15 руб/Вт. При достижении стоимости пиковой мощности 2 руб/Вт и стоимости электроэнергии 16 коп/(кВт· ч) СЭС будут иметь неограниченный рынок сбыта среди автономных потребителей. Для центральных станций эти цифры должны быть снижены до 1 руб/Вт и 8 коп/(кВт·ч). Общий объем возможного использования автономных СЭС в мире оценивается в 40 ГВт, в СССР — 500 МВт.
Экологическая чистота СЭС позволяет создавать архитектурные и инженерные композиции, в которых органически сочетаются природные ландшафты и среда обитания с энергетическими установками. Наиболее простым и рациональным решением является размещение энергетических полей из полупрозрачных солнечных модулей на опорах над поверхностью земли. Ослабление солнечной радиации летом на 30% элементами конструкции СЭС являются положительным фактором для большинства районов Туркмении, Узбекистана и Закавказья, которые летом страдают от избыточной инсоляции. Кроме того, конструктивные элементы СЭС являются тепловыми аккумуляторами при резком перепаде температур и защищают растения от града. Возможно использование энергии СЭС для электрификации и механизации технологических процессов обработки сельскохозяйственных культур, размещенных под энергетическими полями. Фотоэлектрические модули могут образовывать пространственно-архитектурные композиции, которые являются элементами зданий, общественных центров, пляжей, автостоянок, кафе и т. д.
